Panasonic inova com projeto generativo no resfriamento de moldes de injeção
A modelagem por injeção é essencial na produção em massa de peças plásticas com formas complexas. Para criar produtos de melhor qualidade com menor custo, a prioridade tem sido desenvolver sistemas avançados de resfriamento para materiais fundidos. Mas esse processo é difícil e demorado, até mesmo para engenheiros experientes. A automação do projeto dos canais de água de resfriamento dos moldes poderia ajudar os engenheiros a enfrentar esse desafio?
No Japão, a Life Solutions Company da Panasonic Corporation está apostando justamente nisso. A empresa desenvolveu um novo método de fabricação para os canais de água de resfriamento, que utiliza a LUMEX Avance-25 – a primeira impressora 3D híbrida de metal do mundo. A combinação de fabricação aditiva e fresagem resulta em um sistema de resfriamento conformal (que estabelece o projeto dos canais de resfriamento de acordo com a forma dos produtos). Esse sistema reduziu os tempos de resfriamento em 20% em comparação com os métodos convencionais, em que os canais são perfurados diretamente através do molde.
Seiichi Uemoto é analista do Manufacturing Engineering Center (Centro de Engenharia de Fabricação) da empresa, onde os moldes são projetados e fabricados. Ele ministra aulas sobre projeto de moldes e incentiva o desenvolvimento de habilidades de CAE (Computer-Aided Engineering – Engenharia Auxiliada por Computador) para promover as técnicas avançadas necessárias para o projeto de moldes.
Durante a otimização do projeto de circuitos de resfriamento para moldes metálicos em forma de caixa (apresentados na exposição InterMold de 2014), Seiichi Uemoto usou dados de deformação de produtos moldados para analisar os espaços vazios entre os canais de resfriamento. Esse trabalho o inspirou a tentar automatizar os projetos de molde metálico.
“Imaginei que, com as configurações certas, eu poderia usar projeto generativo para a criação automática dos canais de resfriamento dos moldes”, explica. Seiichi Uemoto percebeu que o projeto generativo aplica análise estrutural e obtém, com eficiência, formas de peso reduzido.
“A otimização da topologia pode produzir apenas uma solução com base nas condições oferecidas ao sistema”, comenta. “É difícil produzir algo com contornos suaves a partir do resultado gerado. Mas ficou claro que o projeto generativo poderia produzir formas mais suaves. Percebi que, com projeto generativo, seria possível gerar vários conceitos eficazes que levassem em conta os princípios da fabricação.”
Fluxo de trabalho com base em projeto generativo
Seiichi Uemoto esperava que a aplicação do projeto generativo aos moldes produzisse novas formas de molde e automatizasse o próprio processo de projeto. Para aperfeiçoar ainda mais os projetos, os experientes projetistas da empresa estão desenvolvendo diversos produtos com o apoio do software de simulação de moldagem Autodesk Moldflow. “Imaginei que, com o uso de projeto automático para obter ideias que talvez os projetistas não pudessem ter, eles teriam mais liberdade no trabalho”, explica Seiichi Uemoto.
Para alcançar esse objetivo, a Panasonic trabalhou com a equipe da Autodesk Consulting, em Birmingham (Inglaterra), na aplicação do projeto generativo aos canais de água de resfriamento. Como objeto de teste escolheram as pás utilizadas nos sistemas de ventilação de dutos, que já eram produzidas em massa.
As pás de ventoinha eram pequenas e tinham uma forma complexa. Um projetista experiente especificou restrições quanto à forma inicial da pá de ventoinha, determinou várias condições para os canais de água a serem gerados e estabeleceu limites para impedir que os circuitos de canais afetassem os detalhes sutis do produto moldado.
Durante o processo de projeto generativo, a forma do produto mudou ao longo de várias iterações até que restaram somente os componentes essenciais para a criação dos canais de água necessários. Como os engenheiros da Panasonic já haviam projetado moldes bastante refinados, Seiichi Uemoto imaginou que seria difícil para o software aumentar a eficiência do projeto original de forma significativa. “No entanto, fiquei muito impressionado com os modelos completos que foram gerados automaticamente”, comenta.
Ainda mais surpreendente foi o layout dos canais de água. Em alguns projetos, os canais que foram definidos para passar pelo invólucro externo do molde formaram ramificações abruptas singulares. Seiichi Uemoto descreve o projeto resultante como algo que ele nunca havia sequer imaginado. “Um ser humano jamais poderia idealizar as formas produzidas pelo processo de projeto generativo”, afirma.
Capacidade de comprovação por meio da produção
Após o processo de projeto, foram fabricadas quatro amostras de molde: Caso B – peça original já utilizada em fabricação, projetada por um engenheiro experiente; caso C – projeto generativo automatizado, com base na peça original; caso D – projeto generativo com menos restrições quanto à forma; e caso E – mesmo projeto do caso C, porém com mais canais de água. Os produtos fabricados com os moldes foram medidos com precisão para avaliação do desempenho de cada molde.
As medidas dos produtos moldados mostraram que havia uma diferença de desempenho muito pequena na comparação entre um molde com canais de resfriamento gerados de forma automática e o projeto do engenheiro experiente. “Pude ver como o projeto foi calculado para moldagem do produto por meio de mudanças na temperatura interna do molde”, comenta Seiichi Uemoto. “Foi realmente incrível. Por fim, obtivemos dados CAM (Computer-Aided Manufacturing – Fabricação Auxiliada por Computador) com contornos suaves, alcançando a nossa meta de trabalhar com projeto automatizado.”
Um engenheiro experiente leva cerca de oito horas para projetar um molde. No momento, por mais hábil que esse profissional seja, não há como otimizar esse processo. Apesar disso, Seiichi Uemoto espera que o sucesso desse projeto traga soluções capazes de reduzir o esforço de projeto desses engenheiros.
“Isso é um grande avanço”, comemora. “Se esse recurso fizer parte de um pacote de software em um futuro próximo, talvez resulte em uma solução que agilize as tarefas e, com isso, possamos desenvolver programas que se concentrem mais no controle da temperatura. Isso deverá trazer benefícios para muitos usuários e aplicações.”